XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

В настоящее время промышленные предприятия развиваются с невероятной скорость, улучшаются технологии производства, вводятся инновации, повышается производительность предприятия и уменьшаются затраченные усилия. Во многом с этим помогают справляться автоматизированные системы управления и диспетчеризации (АСУД), включая SCADA-системы.

Промышленные предприятия стараются непрерывно выпускать качественную продукцию. Это требует непрерывного контроля множества параметров и показателей КИП. Для оперативной работы с этой информацией требуется налаженное взаимодействие сотрудников с системой сбора и обработки данных технологического мониторинга. На помощь работникам приходят автоматизированные системы управления и диспетчеризация (АСУД) технического состояния оборудования, которые справляются с поставленными задачами и помогают поддерживать предприятие.

Сейчас наиболее развитой системой диспетчеризации являются SCADA-системы.

SCADA-система — программно-аппаратный комплекс сбора данных и диспетчерского контроля. Смысл, вкладываемый в термин SCAD, изменялся вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90-х годов термин SCADA больше используется для обозначения только программной части интерфейса АСУ ТП (автоматической системы управления технологическими процессами).

Все современные SCADA, как отечественные, так и зарубежные, имеют полный функционал для этого класса программ, поэтому их сравнение по перечню функций в последние годы потеряло смысл. Основное преимущество российских SCADA — это их изначальная нацеленность на российский рынок (русскоязычная, а не переводная документация, техническая поддержка, уровень цен). Можно сделать вывод, что для каждого предприятия или даже применения желательно сделать сравнение нескольких SCADA, как по цене, так и по возможностям. Практически все SCADA имеют пробную версию, которая позволяет проверить ее пригодность для решаемой задачи.

Цель данного реферата заключается в анализе АСУД, в том числе выгодности использования современных SCADA-систем, которые непосредственно помогут в улучшении производства.

1. Предназначение АСУД

АСУД предназначена для диспетчеризации, централизованного контроля основных показателей и управления техническим оборудованием систем.

Комплекс средств автоматизации и диспетчеризации должен обеспечивать:

Своевременное получение информации с оборудования инженерных систем;

Повышение надежности, безопасности и качества функционирования оборудования инженерных систем;

Автоматизация диагностики и контроля за периодичностью технического обслуживания оборудования инженерных систем;

Снижение затрат на техническое обслуживание оборудования;

Дистанционное управление/контроль работы оборудования инженерных систем;

Обеспечение оперативного взаимодействия эксплуатационных служб, планирование профилактических и ремонтных работ инженерных систем;

Документирование и регистрация технологических процессов инженерных систем и действий сервисных диспетчеров;

Организация автоматизированного коммерческого и технического учета энергоресурсов;

Ведение автоматизированного учета эксплуатационных ресурсов инженерного оборудования и своевременности его технического обслуживания;

Разграничение полномочий и ответственности служб при принятии решений.

2. Структура системы

В основу АСУЗ Комплекса положен принцип оснащения объекта локальными контроллерами в составе щитов автоматики и управления, объединенными в единую информационную сеть. Для предотвращения ситуации, когда обрыв (повреждение и т.п.) магистральных или иных кабельных трасс, может привести к потери связи с группой инженерных систем или со зданиями в целом, предусмотрено 100% резервирование и кольцевая схема.

Для диспетчерского контроля и управления Комплексом предусмотрена – Диспетчерская ИС, Диспетчерская ИС предназначена для диспетчерского контроля и управления инженерными системами здания. В головной его части предусматривается центральное устройство отображения информации (видеостена), состоящая из шести видеокубов с минимальной толщиной кромок, расположенных в два ряда. На видеостену выводиться часть оперативной информации с АРМов диспетчеров.[1]

В центральной части диспетчерской должны располагаться рабочие места:

Три АРМа диспетчеров инженерных систем;

АРМ диспетчера лифтов;

АРМ начальника смены;

АРМ резервный.

3. Объем автоматизации и диспетчеризации.

АСУД имеют достаточно широкую область применения, и в современном мире, где все стремится к автоматизации эта область будет только расширятся.

 Вот некоторый перечень систем подлежащих автоматизации и диспетчеризации:

общая вентиляция здания;

контроль обогрева здания;

кондиционирование;

получение информации о потреблении тепло- и электроэнергии;

контроль водоснабжения;

4. Системы диспетчеризации технического оборудования

Система диспетчеризации предназначена для удалённого отображения сбора и хранения данных о работе технологического оборудования здания или производственного процесса, она передает информацию о параметрах протекающих процессов, режимах работы инженерных систем, нештатных ситуациях. Интерфейс системы диспетчеризации позволяет оператору удаленно задавать режимы работы системы в целом или отдельного оборудования.

Требование наличия систем диспетчеризации в современных зданиях определено СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий». ВСН 60-89 «Устройства связи, сигнализации и диспетчеризации инженерного оборудования жилых и общественных зданий. Нормы проектирования» - регламентирует проектирование систем диспетчеризации.

Иногда возникает путаница, когда систему диспетчеризации здания определяют как систему управления зданием BMS. Это связано с тем, что в диспетчеризации применятся контроллеры и программное обеспечение SCADA систем BMS. Однако, система диспетчеризации является интерфейсной частью системы интеллектуального здания, она всего лишь выводит информацию на пульт и позволяет оператору вручную управлять частью процессов, пусть и удаленно. Алгоритмы оптимального и экономичного взаимодействия между подсистемами здания должны быть разработаны проектом автоматизации и запрограммированы в контроллерах управления, только тогда оператор освобождается от принятия большинства рутинных решений.[2]

Обычно, в функции системы диспетчеризации входит:

Сбор данных с устройств и визуальное отображение процессов, происходящих с инженерным оборудованием здания (для современных систем, используя SCADA);

Своевременное выявление нештатных ситуаций, предотвращение аварий;

Формирование и отправка тревожных сообщений ответственным лицам;

Дистанционное управление приборами инженерных систем;

Сбор и хранение показаний приборов в автоматическом или ручном режиме;

Представление данных в графическом и табличном виде;

Ведение отчётности об энергопотребление, формирование в автоматическом режиме и по запросу оператора отчетов;

При необходимости, передача данных на удаленный пульт более высокого приоритета.

Рис. 1. Какие данные передаются в системы диспетчеризации

На пульт диспетчера выводится информационный поток от следующих систем:

Приточной и вытяжной вентиляции;

Кондиционирования воздуха и холодоснабжения;

Отопления;

Теплоснабжения (ИТП или котельного оборудования);

Водоснабжения, водоподготовки, канализации;

Лифтового и эскалаторного оборудования;

Электроснабжения и электроосвещения;

Пожарной сигнализации и систем безопасности здания;

Систем управления звуком;

Противопожарной автоматики (противодымной вентиляции и пожаротушения);

Других систем, связанных с производством или управления процессом.

Могут выводиться параметры температуры наружного воздуха, охлаждённой воды в/от системы вентиляции, охлажденного этиленгликоля, подогретой воды отопления; значения давления охлажденной воды или этиленгликоля систем вентиляции и кондиционирования; положения регулирующих клапанов; мощности на двигателях циркуляционных насосов или вентиляторов; ; данные о засорении фильтров; сигнализация об угрозе замораживания калориферов информации о состоянии лифтов, подкрепленные видеоданными; состояния автоматических выключателей в электрощитах и т.п.

Управление оборудованием в диспетчеризации ограничивается возможностью включения определенных режимов работы, например, режим запуска системы зимой или летом, режим максимальной производительности, аварийное отключение установки, ручное переключение с основного на резервный насос и т.д. В теории, диспетчер имеет возможность управления каждым из устройств, имеющих привод, однако на практике, один человек физиологически не сможет вручную управлять большой инженерной системой.

5. Возможности современных систем диспетчеризации

Современные системы диспетчеризации все чаще реализовываются на контроллерах и программном обеспечении систем BMS. Это обуславливает большое количество программных возможностей по настройке их функций. В общем случае, системы диспетчеризации должны обеспечивать:

Актуальную и полную картину состояния всех инженерных систем в любой момент времени;

Удобный и понятный графический интерфейс;

Быструю реакцию на аварийные ситуации;

Возможность выдачи аварийных сообщений на экран монитора, принтер, удаленный компьютер, мобильный телефон;

Регистрацию всех системных событий, что во многих случаях даёт возможность установить причину аварийной ситуации, ее виновника, а также предотвратить ее появление в дальнейшем;

Подключение к системе удаленно, через интернет-браузер;

Быструю и адекватную реакцию на изменение условий внешней среды;

Автоматический подсчет моточасов, наработки оборудования на отказ и предупреждение о необходимости проведения тех обслуживания и профилактики;

Широкие возможности по управлению системами, что позволяет сократить штат обслуживающего персонала;

Возможность сбора статистической информации, формирования выборок, графиков сравнения прогнозирования расходов.

6. Разработка и проектирование систем диспетчеризации

Проект системы диспетчеризации выполняется разделом комплекта чертежей системы автоматизации и диспетчеризации здания. Сигналы, выводимые на пульт диспетчера, определяются разработчиками технологии систем здания.

Норматив проектирования: ВСН 60-89 «Устройства связи, сигнализации и диспетчеризации инженерного оборудования жилых и общественных зданий. Нормы проектирования»

Проект системы диспетчеризации обычно сдержит следующие листы:

Общие данные;

Структурную схему системы диспетчеризации;

Функциональные схемы диспетчеризации;

Принципиальные электрические схемы щитов диспетчеризации;

Принципиальные схемы интерфейсных линий связи контроллеров;

Схемы внешний соединений или таблицы соединений;

Монтажные схемы оборудования (при необходимости);

Кабельные журналы;

Планы расположения оборудования и проводок;

Спецификации оборудования, изделий и материалов.

Рис. 2.Струтктурная схема в проекте диспетчеризации

Рис. 3.Схема соединения в проекте деспетчиризации

7. SCADA

SCADA-система — это инструментальная программа, обеспечивающая создание программного обеспечения для автоматизации контроля и управления технологическим процессом в режиме реального времени. Основная цель создаваемой с помощью SCADA программы — дать оператору, управляющему технологическим процессом, полную информацию об этом процессе и необходимые средства для воздействия на него.

8. Основные задачи SCADA-системы

Стоит помнить, что от быстродействия, надежности и эргономичности SCADA-системы зависит не только эффективность управления технологическим процессом, но и его безопасность.

Таким образов на SCADA-системы полагается множество функций и задач:

Сбор данных от датчиков и представление их оператору в удобном для него виде, включая графики изменения параметров во времени;

Дистанционное управление исполнительными механизмами;

Ввод заданий алгоритмам автоматического управления;

Реализация алгоритмов автоматического контроля и управления (чаще эти задачи возлагаются на контроллеры, но SCADA-системы тоже способны их решать);

Распознавание аварийных ситуаций и информирование оператора о состоянии процесса;

Формирование отчетности о ходе процесса и выработке продукции.

От надежности, быстродействия и эргономичности SCADA-системы зависит не только эффективность управления технологическим процессом, но и его безопасность.

9. Какие компоненты SCADA наиболее важны в работе и почему?

Специалисты отдела АСУТП промышленного предприятия по изготовлению соды утверждают, что в основном используют такие компоненты, как мониторинг и управление, архивирование технологических параметров, сообщений, подсистему формирования отчетов.

Мониторинг и управление, собственно, то, для чего и устанавливается система управления. Архивы параметров, сообщений и отчеты необходимы для оценки и анализа ведения технологического процесса, действий оператора и т.д. Также для них важен один из базовых инструментов SCADA — разграничение прав доступа к управлению по уровням (оператор, технолог, инженер АСУТП).

В связи с тенденцией к интеграции систем управления технологическими процессами и систем управления предприятием все чаще возникает необходимость использования SCADA в качестве источника данных для вышестоящих систем. Некоторые SCADA могут выступать и как сервер консолидации всех технологических данных, и как сервер генерации отчетов на базе этих данных.

Если система управления, построена на базе ПЛК одного производителя (к примеру, Siemens SIMATIC), то обмен данными между контроллерами и SCADA происходит с помощью встроенных драйверов протоколов связи. Некоторые независимые от производителей оборудования SCADA предлагают набор драйверов ко многим (но не всем) имеющимся на рынке контроллерам и интеллектуальными приборам. Наиболее универсальный способ взаимодействия — это использование драйверов, разработанных в соответствии со стандартом OPC. Такие OPC-серверы могут быть разработаны производителями контроллеров или независимыми разработчиками, а использоваться вместе с любой SCADA- системой. Для эффективной работы с OPC- серверами SCADA должна использовать их напрямую, по технологии «OPC в ядре системы», а не через промежуточные интерфейсы. Некоторые SCADA являются вертикально-интегрированными: в их состав входят системы программирования для свободно-программируемых контроллеров. В них также используются внутренние драйверы для связи с контроллером. Такие SCADA позволяют создать ПТК с использованием оборудования разных производителей.[3]

10. Уровни систем с использованием SCADA

Рис. 4. Уровни систем с использованием SCADA

Системы технологической автоматизации обычно разделены на 3 уровня: нижний, средний и верхний. Выше них находится уровень управления производством в целом.

Нижний уровень — это сами датчики и исполнительные механизмы

Средний уровень — контроллеры. На среднем уровне происходит:

- прием входных данных;

- первичная обработка данных;

- автоматическое формирование и выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы;

- обмен информацией с верхним уровнем.

Верхний уровень — это и есть уровень SCADA. На этом уровне происходит:

- сбор, обработка и хранение информации, полученной на среднем уровне;

- визуализация текущей и архивной информации в удобном оператору виде (мнемосхемы, графики, тренды, журналы сообщений);

- ввод команд оператора;

- формирование отчетности о результатах технологического процесса;

- обмен информацией с верхним уровнем.

11. Управление предприятием

Управление предприятием производится на двух уровнях:

MES (Manufacturing Execution Systems) — система управления производством продукции в реальном времени. Этот уровень служит для планирования производственных заданий для технологических процессов, построения сводных отчетов, глубокого анализа процесса (например, прогнозирование, построение энергетического и материально¬го баланса и др.). Для этих целей также может быть использован инструментарий SCADA.

ERP (Enterprise Resource Planning) — система автоматизированного управления административно-финансовой и административно-хозяйственной деятельностью предприятия. На этом уровне используются другие специализированные системы, например, SAP R3.

12. Функции SCADA

Мнемосхемы

Мнемосхема — это графическое изображение (с помощью встроенного в SCADA графического редактора) технологической схемы с визуализацией значений датчиков, состояния исполнительных механизмов и др. параметров. Для визуализации используется не только отображение значений в виде цифр и надписей, но и изменение визуальных свойств отображаемых графических объектов. Например, в емкости изменяется уровень жидкости, а ее цвет изменяется в зависимости от температуры (динамизация). Исполнительные механизмы могут не просто показывать свое состояние каким-то графическим признаком (например, цветом), но и наглядно показывать свою работу — например, вращением лопастей насоса, движением ленты конвейера и т.п. (анимация).

Архивы

Получаемые от контроллеров данные SCADA складывает в архивы. Предварительно данные могут быть обработаны (отфильтрованы, усреднены, сжаты и т.п.). Часто используется не регулярная запись, а запись по изменению с использованием порога чувствительности («мертвой зоны»). Длительность хранения настраивается в SCADA индивидуально для каждого параметра и может составлять до нескольких лет.

Тренды

Тренд — это графическое отображение изменения параметра во времени. Тренды в SCADA- системах могут показывать изменение параметра за всю длительность его хранения в архиве. Оператору предоставляется возможность изменять масштаб, как времени, так и самого параметра. В развитых системах в тренд встроены различные инструменты анализа графика, сравнения его с уставкой или другим параметром, сглаживание или фильтрация, отметки на графике событий (например, нарушение границ) или закладок для памяти и многое другое.

Таблицы

Зачастую технологу удобнее просматривать архивы не в графическом виде, а в виде таблиц. Обычно эти таблицы можно не только просматривать, но и экспортировать в другие системы.

График

Обычно SCADA позволяют смотреть и зависимость одних параметров от других, тоже во времени. Хотя это функция и менее востребована технологами, чем тренды.

Гистограммы и диаграммы

Другим распространенным способом представления параметров являются гистрограммы (столбиковые диаграммы).

Сообщения

Сообщения — это текстовые строки, которые информируют оператора о событиях на объекте в той последовательности, в которой эти события происходят. Они всплывают на экране или отображаются в специально выделенной для этого зоне.

Журналы сообщений

Журналы сообщений служат для отображения списков сообщений в том порядке, как они появлялись и были сохранены в архив. Как правило, используются разные экземпляры журналов для разных зон процесса, разных категорий сообщений, разных приоритетов.

Контроль прав доступа

Для того, чтобы оператор мог совершить те или иные действия, ему должны быть администратором предоставлены соответствующие права — например, право управлять исполнительным механизмом, или право изменить задание регулятору. В начале смены оператор регистрируется в системе, и она предоставляет ему выполнять только те действия, которые ему разрешены администратором.

Журнал действий оператора

Управление технологическим процессом очень ответственная задача, поэтому все действия оператора записываются для контроля в специальный журнал, который может быть проанализирован в случае нештатных ситуаций.

Формирование отчета

Удобная среда разработки отчетов позволяет легко и быстро подготовить отформатированные и насыщенные информацией отчеты. [3]

13. Характеристики SCADA-системы

SCADA-системы характеризуются следующими параметрами:

Совместимость с операционными системами;

Полнофункциональность;

Открытость;

Масштабируемость;

Поддержка промышленных протоколов (собственная драйверная подсистема);

Совместимость со стандартом OPC (DA, HDA, UA);

Поддержка доступа через Internet;

Поддержка баз данных;

Встроенные языки программирования;

Средства защиты и надежность;

Интеграция в системы управления;

Техническая поддержка;

Простота разработки и развития;

Простота обслуживания;

Стоимость.

ЗАРУБЕЖНЫЕ SCADA-СИСТЕМЫ

Наиболее популярные в России следующие зарубежные SCADA:

— WinCC (Siemens, Германия);

— InTouch (Wonderware, США);

— RSView32 (Rockwell Automation, США);

— Genesis64 (Iconics, США);

— Vijeo Citect (Schneider Electric, Франция).

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ SCADA-СИСТЕМЫ

Наиболее популярные отечественные модели SCADA:

«Trace Mode» (AdAstra),

«Master SCADA» (НПФ «ИнСАТ»),

«Круг-2000» (НПФ «Круг»),

«САРГОН» («НВТ-Автоматика»).

В отличие от большинства западных SCADA все российские содержат встроенные средства программирования контроллеров с использованием языков стандарта МЭК61131-3, в том числе языка функциональных блоков. Причем, если сама SCADA рассчитана на работу в среде Windows на PC-совместимых компьютерах, то исполнительная система для контроллеров может работать и на Logix других платформах, например, Linux на процессоре с архитектурой ARM.

Стандарт OPC поддерживают все перечисленные системы, однако в системе «Trace Mode» упор делается на использование собственных драйверов, а MasterSCADA, хоть и поддерживает использование драйверов, но основывается на технологии «OPC в ядре системы» и предлагает отдельный инструментальный пакет для разработки OPC-серверов.

Заключение

В реферате рассмотрены автоматизированные системы управление диспетчеризации, особенное внимание уделили выгодности современных SCADA-систем. В данной работе мы показали, что автоматизированные системы управления и диспетчеризации (АСУД) и SCADA-системы являются передовыми и самыми эффективными способами повышения работоспособности предприятия и прибыли, уменьшения затрат и сил на обслуживание технических устройств.

Они позволяют эффективно и своевременно реагировать на любые неполадки, позволяют грамотно выстраивать график работы оборудования. Поэтому их необходимо и дальше развивать и встраивать в предприятия, а также обучать специалистов, способных работать с ними.

Список литературы

1. Автоматизированная система управления и диспетчеризации (АСУД) [Электронный ресурс] URL:https://www.f-controls.ru/index.php/ru/avtomatika/597-avtomatizirovannaya-sistema-upravleniya-i-dispetcherizatsii-asud (дата обращения: 9.12.2021)

2.Статья “системы диспетчеризации инженерного оборудования” [Электронный ресурс] URL:http://rina.pro/napravleniya-deyatelnosti/sistemy-avtomatizacii/dispetcherizaciya-zdanij (дата обращения: 9.12.2021)

3. НТЦ Энерго-ресурс, статья:” Автоматизированные системы диспетчерского и технологического управления. Всё о SCADA-системах” [Электронный ресурс] URL:https://en-res.ru/stati/scada.html (дата обращения: 9.12.2021)

4. SCADA. Назначения SCADA-систем [Электронный ресурс] URL:https://www.tadviser.ru/index.php/Статья:SCADA_назначение_систем (дата обращения:9.12.2021)

5. Система автоматического управления и диспетчеризации здания [Электронный ресурс] URL:http://asupro.com/building/documents/requirements-hardware-software.html

(дата обращения: 9.12.2021)

Код для цитирования: Скопировать